KR100976677B1 - Ｏｆｄｍａ 무선 네트워크에서의 안테나의 선택 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 방법은 OFDMA 네트워크에서 안테나를 선택한다. 이동국에서 기지국으로부터 수신되는 다운링크 서브프레임을 사용하여 다운링크의 채널 상태가 측정된다. 기지국에서 이동국으로부터 수신되는 업링크 서브프레임을 사용하여 업링크의 채널 상태가 측정된다. 다음에, 본 방법은, 채널 상태를 비교하여, 다운링크 및 업링크가 상호적인지 여부를 판단한다. 이동국은 다운링크 채널 상태의 품질에 근거하여 수신 안테나 선택을 실행할 수 있다. 또한, 이동국은, 기지국에 의해서 명령되는 경우, 송신 안테나 선택도 실행할 수 있다.

Description

ＯＦＤＭＡ 무선 네트워크에서의 안테나의 선택 방법{METHOD FOR SELECTING ANTENNAS IN OFDMA WIRELESS NETWORK}
본 발명은 포괄적으로는 무선 네트워크에 관한 것으로, 특히, OFDMA 네트워크에서 안테나를 선택하는 것에 관한 것이다.
직교 주파수 분할 다중화( Orthogonal Frequency - Division Multiplexing ; OFDM )
OFDM은 복수의 직교 서브캐리어를 사용하여, 정보를 비교적 낮은 심볼 레이트로 송신한다. 이점으로서, OFDM은, 단일 캐리어를 사용하여, 고주파 수 감쇠(high frequency attenuation), 협대역 간섭(narrowband interference), 및 멀티패스에 의한 주파수 선택성 페이딩(frequency-selective fading) 등의 채널 상태 및 품질에서의 심각한 변화에 견딜 수 있다. OFDM은, 하나가 신속히 변조되는 광대역 신호가 아니라, 저속 변조되는 협대역 신호를 사용하기 때문에, 채널 등화가 간략화된다. 심볼 레이트가 낮은 것에 의해, 심볼간 간섭(ISI)을 제거하면서, 가드 인터벌 및 시간 확산이 가능하게 된다. OFDM 심볼의 몇 개에 있어서의 서브캐 리어의 몇 개는 채널 상태를 추정하여 동기를 실행하기 위해서 파일럿 신호를 반송한다.
직교 주파수 분할 다원 접속( Orthogonal Frequency Division Multiple Access; OFDMA )
결점으로서, OFDM은 채널에 대하여 멀티유저 채널 액세스(multi-user channel access)를 제공하지 않는다. OFDMA는 이 문제를 복수의 사용자의 시간, 주파수 또는 부호화에 의한 분리에 의해서 보정한다. 즉, 주파수 분할 다원 접속은 다른 OFDM 서브채널을 다른 사용자에게 할당하는 것에 의해 달성된다. 서브채널은 물리적으로 인접할 필요가 없는 서브캐리어의 그룹이다. OFDMA는 일반적으로 WiMAX라고 불리는 IEEE 802.16 무선 MAN 표준 규격의 업링크에서 사용된다.
WiMAX
IEEE 802.16 표준 규격은 공기 인터페이스를 정의하지만, WiMAX는 IEEE 802.16 공기 인터페이스와 시스템의 네트워킹 형태의 양쪽을 포함한다. WiMAX는 광대역 무선 액세스 기술로서, 본 명세서에서 참조로서 원용되는 "IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks-Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems"(IEEE Computer Society and IEEE Microwave Theory and Techniques Society, October 2004) 및 "IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks-Part 16: Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems, Amendment 2: Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands"(IEEE Computer Society and the IEEE Microwave Theory and Techniques Society, February 2006)를 참조하기 바란다.
안테나 선택
IEEE 802.16 표준 규격에 따르면, 복수의 안테나 소자 및 무선 주파수(RF) 체인이 기지국(BS) 및 이동국(MS)에서 서포트(support)된다. RF 체인의 비용이 높고, 안테나의 비용이 상대적으로 낮기 때문에, RF 체인의 수(N)는 통상 안테나의 수(M)보다 적고, 즉 N≤M이다. 따라서, 신호를 송수신하기 위해서는, RF 체인이 선택된 안테나에 접속된다.
각 안테나는 별개의 채널 이득이 있는 다른 전파 경로를 제공하는 것이 알려져 있다. 따라서, BS 및 MS에서 송수신 성능이 최적화되도록, M개 중의 N개의 안테나를 N개의 RF 체인에 선택적으로 접속하는 것이 중요하다. 이 기능은 안테나 선택(AS)으로 알려져 있다. 안테나 선택은, 비트 오류율(BER), 신호 대 잡음비(SNR) 및 스루풋(throughput)(TH)에 있어서 시스템 성능을 향상시키는 방법이다.
또한, 안테나 선택은 3GPP Long Term Evolution(LTE), 즉, 전문 참조로서 본 명세서에서 원용되는, R1-063089, "Low cost training for transmit antenna selection on the uplink"(Mitsubishi Electric, NTT DoCoMo, 3GPP RAN1# 47), R1-063090, "Performance comparison of training schemes for uplink transmit antenna selection"(Mitsubishi Electric, NTT DoCoMo, 3GPP RAN1#47), R1-0636091, "Effects of the switching duration on the performance of the within TTI switching scheme for transmit antenna selection in the uplink"(Mitsubishi Electric, NTT DoCoMo, 3GPP RAN1#47) 및 R1-051398, "Transmit Antenna Selection Techniques for Uplink E-UTRA"(Institute(I2R), Mitsubishi Electric, NTT DoCoMo, 3GPP RAN1#43), R1-070524, "Comparison of closed-loop antenna selection with open-loop transmit diversity(antenna switching between TTIs)"(Mitsubishi Electric, 3GPP RAN1#47 bis) 등의 다른 표준 규격에 의해서도 사용된다.
WiMAX 네트워크
도 1은 종래의 IEEE 802.16 WiMAX 네트워크를 나타낸다. 본 네트워크는 BS와 MS 사이의 지점 대 다점(point-to-multipoint) 통신을 사용한다. BS는 각각 접속(101∼103)에서의 특정 셀에 있어서의 MS1∼MS3과의 통신 전부를 관리 및 조정한다. 각 MS는 하나의 BS와 직접 통신하고, BS는 네트워크의 인프라스트럭처(infrastructure)(110) 또는 "백본(backbone)"과 통신한다. MS로/로부터의 모든 통신은 BS를 통과해야만 한다. 기본 무선 통신을 실행하기 위해서, BS 및 MS에는 적어도 하나의 RF 체인이 장착된다. 통상, BS에서, 안테나 소자 및 RF 체인의 수는 같고, 이것은 N=M을 의미한다. 그러나, 비용, 사이즈 및 에너지 소비의 제한이 있기 때문에, 실제는, 통상, MS에서는 RF 체인보다 안테나가 더 많다. 따라서, 안 테나 선택은 MS에서 사용된다.
레가시(legacy) IEEE 802.16 표준 규격은, 시분할 다중 접속(time division duplex; TDD) 모드와 주파수 분할 접속(frequency division duplex; FDD) 모드를 함께 서포트한다. 본 명세서에서는 안테나 선택의 설명을 양 모드에 적용한다.
프레임 구조
도 2에 도시하는 바와 같이, TDD 모드는 MS로부터 BS로의 업링크와 BS로부터 MS로의 다운링크에서 프레임 구조를 사용한다. 표준 규격으로서는, 프리앰블(preamble), FCH, 버스트(bursts), 맵(maps) 및 갭(gaps) TTG 및 RTG가 완전히 정의된다. 도 2에 있어서, 수평축은 시간을 나타내고, 수직축은 서브채널을 나타낸다. 제 1 서브프레임은 다운링크(DL) 송신을 위한 것이고, 제 2 서브프레임은 업링크(UL)를 위한 것이다. IEEE 802.16의 다운링크 서브프레임 및 업링크 서브프레임의 양쪽에 있어서, 멀티유저 채널 액세스를 위해 OFDMA가 사용된다. OFDMA는 주파수 영역에서의 직교 서브캐리어(서브채널)의 세트와 시간 영역에서의 타임 슬롯을 분리하여, 그것에 의하여, 복수의 MS가 타임 슬롯 및 주파수 서브캐리어 등의 대역폭(bandwidth) 자원을 전부 공유할 수 있다. 이 때문에, 항상 단일의 사용자밖에 대응할 수가 없는 OFDM과는 대조적으로, OFDMA에 의해, 복수의 MS가 OFDMA 시스템에서 동시에 통신할 수 있다.
도 1에 있어서, BS와 MS간의 101, 102 및 103 등의 각 접속에는, 2차원 블럭, 즉 지속 시간 및 주파수 서브캐리어를 포함하는 시간-주파수 자원이 할당된다. OFDMA 기술에 의해서, BS는 2차원 대역폭(bandwidth) 자원을 사용함으로써 접속(101, 102, 103)으로 모든 MS와 통신할 수 있다.
IEEE 802.16 표준 규격으로서는, 할당되는 최소 자원 단위는 슬롯(200)이다. 슬롯(200)의 사이즈는 MS 및 BS가 업링크 및 다운링크에서 송신을 위해 사용하는 치환 모드에 근거한다. 치환 모드는 시간 영역 및 주파수 영역에서의 자원 할당의 타입을 정의한다. UL 및 DL에 대하여 다른 모드가 정의된다. 특정한 치환을 사용함으로써, 각 슬롯에 소정의 수의 OFDMA 심볼 및 서브캐리어가 포함된다.
도 3은 OFDMA 심볼(300)의 구조를 나타내며, Ts는 심볼 지속 시간이고, Tb는 정보(데이터) 지속 시간이고, Tg는 CP(cyclic prefix)(301)이다. CP(301)는 Tb의 최후에 데이터로부터 도출되고, 심볼의 최초에 복사된다. Tg는 구성 가능한 기간이며, 약 수 마이크로초 길이이다. 고속 푸리에 변환(FFT)에 의해서 주파수 서브캐리어가 생성되어, 완전한 주파수 스펙트럼이 구성된다. 주파수 서브캐리어는 DC 서브캐리어, 데이터 서브캐리어, 파일럿 서브캐리어 및 가드 서브캐리어 등의 다른 용도에 따라 그룹으로 분류된다.
[효과]
본 발명에 의하면, OFDMA 네트워크에서 안테나를 선택할 수 있는 효과가 있다.
다운링크 및 업링크 양쪽의 다원 접속에 대하여 OFDMA를 사용하는 현재의 IEEE 802.16e 표준 규격은 이동국에서의 안테나 선택을 서포트하지 않는다. 이 때문에, OFDMA 타입의 네트워크에 있어서 핸드셋(handset)을 위한 안테나 선택을 제공하는 것이 요구된다. OFDMA는, OFDM과 달리, 복수의 사용자에 의한 채널로의 동시 액세스를 가능하게 하기 때문에, 안테나 선택은 중요하다.
본 방법은 OFDMA 네트워크에서 안테나를 선택한다. 이동국에서 기지국으로부터 수신되는 다운링크 서브프레임을 이용하여, 다운링크의 다운링크 채널 상태가 측정된다.
기지국에서 이동국으로부터 수신되는 업링크 서브프레임을 이용하여, 업링크의 업링크 채널 상태가 측정된다.
다음에, 본 방법은, 다운링크 및 업링크의 채널 상태에 근거하여, 다운링크 및 업링크가 비상호적(unreciprocal)인지 여부를 판단한다. 비상호적인 경우, 이동국에서 안테나의 세트가 선택된다. 이동국은 송신 안테나의 세트, 수신 안테나의 세트 또는 그 양쪽을 선택할 수 있다. 통상, 기지국은 어떤 송신 안테나를 사용할지를 결정하여, 이동국은 수신 안테나를 결정한다.
이하의 용어를 정의하여 사용한다.
AAS 영역 : 적응 안테나 시스템(AAS)은 IEEE 802.16 네트워크에 대한 옵션이고, 해당 표준 규격에 정의되어 있다. AAS는, 복수의 안테나 소자를 이용하여, 안테나 방사를 각각의 MS로 향하게 함으로써 시스템 커버리지 및 용량을 향상시킨다. AAS는, 방사 빔을 공간적으로 조타하여, 높은 스펙트럼 재이용 및 다이버시티 이득의 향상을 달성할 수 있다. AAS 영역은 각 프레임 중에 AAS 서포트 MS의 전용 기간이다.
비AAS 영역 : 비AAS 영역은 각 프레임에서의, 비AAS MS에 사용되는 기간이다.
슬롯 : 슬롯은 UL 및 DL에서 MS에 할당되는 최소 자원 단위이다. 슬롯은 2차원이며, 지속 시간 및 주파수 서브캐리어로 측정된다.
안테나 선택(AS) : AS는 MS 또는 BS에서 시스템 성능을 최적화하기 위해서 송수신 중에 사용된다. AS는 송신 안테나 선택(TAS) 및 수신 안테나 선택(RAS)으로 분류될 수 있어, 그것들은 각각 송신 및 수신을 위해 안테나를 선택하도록 의도된다.
파일럿 서브캐리어 : IEEE 802.16에서는, 서브캐리어는 데이터 서브캐리어, 파일럿 서브캐리어, DC 서브캐리어 및 가드 서브캐리어를 포함하는 몇 개의 그룹으로 분할된다. 수신기는 파일럿 서브캐리어에서의 수신 신호를 이용하여 채널을 추정한다. 서브캐리어의 세트 전체에 있어서의 파일럿의 할당은 치환 모드에 의해서 결정된다.
데이터 서브캐리어 : 데이터 서브캐리어는 데이터 송신을 위해 사용되는 서브캐리어이다.
가드 서브캐리어 : 가드 서브캐리어는 2개의 주파수 대역간의 스펙트럼간 간섭을 피하기 위해서 사용되는 서브캐리어이다.
치환 영역 : 치환 영역은 DL 또는 UL에서의 인접한 복수의 OFDMA 심볼이다. 치환 영역은 동일한 치환식을 사용하는 복수의 사용자를 포함할 수 있다. 도 4에 도시하는 바와 같이, UL 서브프레임 및 DL 서브프레임은 모두 2개 이상의 치환 영역을 포함할 수 있다. 사용 서브캐리어(used subcarrier)(USC)에 대해서는 후술한다. 도 5에, AAS/비AAS 영역 및 UL/DL에서의 치환 영역의 카테고리(categories)를 나타낸다. 치환은 주로, 그들의 슬롯 사이즈, 데이터/파일럿 서브캐리어의 수 및 위치, 및 서브캐리어 그룹이 인접하는지 또는 분산하고 있는지 여부에 따라 다르다.
안테나 전환
안테나 전환 중, 이동국은 어떤 안테나의 세트가 적당한지를 시험한다. 아마도 시험 중에 수신 신호의 채널 이득에 의해서 표시되는 바와 같은 채널 상태에 근거하여, 시스템 성능을 최적화할 수 있는 적당한 안테나의 세트가 선택된다. 세트는 모든 안테나 또는 안테나의 서브세트를 포함하더라도 좋다.
OFDMA 네트워크의 경우, 기지국(station)은, OFDMA 심볼의 CP(cyclic prefix) 기간 동안에 안테나를 전환하여, 선택된 안테나의 세트를 이용해서 OFDMA 심볼을 송수신할 수 있다. 안테나 전환은, 통상, 수십 나노초 또는 수백 나노초로 완료되지만, CP 기간은 수 마이크로초이다. 따라서, CP는 어떠한 데이터의 손실도 없이 안테나 전환을 서포트하기 위해서 충분한 길이이다.
안테나 선택을, 송신기(송신 안테나 선택), 수신기(수신 안테나 선택), 또는 양쪽에서 실행하더라도 좋다. 예컨대, IEEE 802.16 네트워크로서는, 안테나 선택을, BS 또는 MS, 또는 양쪽에서, 다운링크 또는 업링크 중 어느 하나 또는 양쪽으로 이용할 수 있다. 그러나, 비용 또는 복잡성을 고려하면, 통상, 안테나보다 RF 체인쪽이 적은 것이 MS이다.
대부분의 환경 하에서는, 안테나 선택은 안테나의 수가 RF 체인의 수를 상회하는 경우에만 사용된다. 이 때문에, 이하의 설명은 MS에 대한 안테나 선택에 초점을 맞추고 있으며, 본질적으로, 업링크의 경우의 송신기 안테나 선택과 다운링크의 경우의 수신기 안테나 선택을 가리킨다.
업링크에서의 송신기 안테나 선택과 다운링크에서의 수신기 안테나 선택을 모두 서포트하기 위해서, MS에 대한 적응 안테나 선택 방법을 제공한다. 그럼에도 불구하고, 후술하는 방법을 BS에 적용하는 것도 가능하다.
MS는, 고정형, 노마딕(nomadic)형, 또는 이동형일 수 있고, BS의 커버리지 영역 내의 어떠한 장소에 위치할 수도 있다. TDD 시스템에서는, DL 송신 및 UL 송신은 각 프레임에서 동일한 주파수 대역을 공유한다. IEEE 802.16 네트워크의 프레임 시간은 약 10밀리초이며, 그것은 통상 채널 가간섭성 시간(channel coherence time)을 하회한다. 이 때문에, UL 채널 및 DL 채널이 상호적(reciprocal)이다라고 상정하는 것이 타당하다. 상호적이다라는 것은 채널 상태 및 품질이 다운링크 및 업링크에서 실질적으로 동일한 것을 의미한다. 비상호적이다라는 것은 채널 상태 및 품질이 실질적으로 다른 것을 의미한다.
채널 상호성이 상정되는 경우, 이동국에 의해 업링크 송신 및 다운링크 수신에 대하여 동일한 안테나의 세트를 사용할 수 있다. 이에 따라, 다운링크에 대하여 선택되는 안테나 서브세트를 직접 업링크에 재이용할 수 있고, 그 반대도 가능하므로, MS에 대한 안테나 선택이 간략화된다. 실제의 구현에서는, 디바이스에 있어서의 업컨버젼(conversion) 및 다운컨버젼(downconversion)을 위한 RF 체인은 비상호적일 가능성이 있다. 이러한 비상호성을 적당한 교정에 의해 제거할 수 있으며, 이에 대해서는, 예컨대, H. Zhang, A. F. Mohsch 및 J. Zhang저의 "Applying antenna selection in WLANs for achieving broadband multimedia communication"(IEEE Transactions on Broadcasting Vol.52, 475~482페이지, 2006년)을 참조한다.
그러나, MS의 이동성, 셀내 간섭 또는 셀간 간섭으로 인해, 채널 상호성을 상정하는 것은 통상 타당하지 않다. 또한, 다운링크 및 업링크에서 다른 주파수 자원이 MS에 할당될 가능성이 있기 때문에, 이것이 OFDMA 네트워크이므로, 하나의 방향에 대하여 선택되는 안테나 세트가 역방향에 대하여 최선의 세트가 아닐 수도 있다. 이 경우, 다운링크 및 업링크에 대하여 별도로 안테나 선택을 실행하는 것이 필요하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 적응 안테나 선택 방법은 상술한 바와 같이 상호적 채널과 비상호적 채널의 양쪽에 대응할 수 있다.
적응 안테나 선택 프로토콜
업링크에 있어서, BS는 각 MS로부터의 파일럿 신호를 감시하는 것에 의해 채널 상태를 취득한다. 또한, MS는 다운링크의 채널 상태를 측정하여, 채널 품질 정보 채널(channel quality Information channel)(CQICH)을 사용하거나, 또는 업링크에서 채널 측정 보고 응답(channel measurement report response)(REP-RSP) 메시지를 이용하여, 다운링크의 채널 상태의 정보를 BS에 송신한다. 채널 상태 정보에 근거하여, BS는, 업링크 채널 및 다운링크 채널이 상호적인지 여부뿐만 아니라, 업링크 채널이 허용 가능한 품질을 갖는지 여부도 판단할 수 있다. BS가, 채널이 비상호적이고, 업링크 채널 품질이 허용 불가능한 것을 알 수 있으면, MS에 대하여, 다른 안테나의 세트로 송신함으로써 송신 안테나 선택을 시작하는 지시를 통지할 수 있다. 이에 따라, 기지국은 송신 안테나의 최선의 세트를 결정할 수 있다. 또한, 이동국은 다운링크 채널 상태 및 품질에 근거하여 수신 안테나의 세트를 선택하는 것도 가능하다.
상호적 채널
채널이 상호적인 경우, 다운링크로 수신하고 업링크로 송신하는 안테나의 최선의 세트는 동일하다.
MS는, 다운링크에서의 수신기로서, 채널의 상태를 거의 순간에 측정할 수 있다. 이 때문에, MS 자체가, 신호 대 간섭 잡음비(SINR), 패킷 손실율 등의 국소 정보에 근거하여 안테나 선택 프로세스를 시작해야 될지 및 언제 시작해야 될지를 판단할 수 있다. 예를 들면, MS는, 수신 신호 품질이 SINR에 관해서 일정 임계값 미만까지 열화되는 것을 인식하면, 수신 안테나 선택 프로세스를 개시할 수 있다.
BS는, 다운링크로 MS에 송신할 때, 통상, MS가 다운링크를 추정하여 다운링크 신호를 일관해서 복조되는 것을 용이하게 하기 위해서, MS에 할당되는 주파수 자원 블럭 전체에 파일럿 서브캐리어를 매설한다. 이들 파일럿 서브캐리어를 안테나 선택의 목적으로 마찬가지로 이용할 수 있다.
특히, MS는, 안테나 선택 프로세스를 시작한 후, 안테나의 다른 세트를 이용하여, 파일럿 서브캐리어를 포함하는 다른 OFDMA 심볼을 수신해서, 안테나의 다른 세트 각각에 관련되는 채널 상태를 추정한다.
파일럿 서브캐리어가 할당된 자원 블럭에 어떻게 매립되는지에 의해서, 안테나 전환이 어떻게 발생하는지가 결정된다. 파일럿으로서도 알려지는 파일럿 서브캐리어가 다른 치환 방식으로 다른 위치를 갖기 때문에, 각 치환 방식을 따로따로 설명한다.
이하의 치환 방식은 다운링크에 대한 IEEE 802.16 표준 규격에서 정의된다.
DL 완전 사용 서브캐리어 ( Fully Used Subcarrier )( FUSC ) 모드
DL FUSC 모드에서는, 슬롯은 (주파수 영역에서의)하나의 서브채널과 (시간 영역에서의)하나의 OFDMA 심볼로 이루어진다. 이것은 OFDMA 네트워크에 대해서 특유하다. FUSC 슬롯은 파일럿 서브캐리어를 포함하지 않는다. DL FUSC 모드에서는, 파일럿 서브캐리어 위치는 전부 사전 정의된다. 나머지의 서브캐리어는 데이터를 송신하기 위해서 이용되는 슬롯으로 더 분할된다. 파일럿 서브캐리어는, FUSC 영역의 모든 OFDMA 심볼에 존재하며, 모든 MS에 의해 DL 채널 추정을 위해 이용된다. 따라서, MS는 안테나의 다른 세트로 모든 OFDMA 심볼을 수신할 수 있어, 이에 따라, 다른 안테나 세트의 채널 응답을 추정할 수 있다. 이것은 OFDM 네트워크로는 불가능하다.
DL 임의 선택 FUSC ( DL optical FUSC )( DL oFUSC ) 모드
DL oFUSC 모드는 BS에 의해서 이용되는 임의 선택의 DL 치환 타입이다. FUSC와 같이, oFUSC 슬롯은, 주파수 영역에서의 하나의 서브채널과 시간 영역에서의 하나의 OFDMA 심볼로 이루어지며, 어떠한 파일럿 서브캐리어도 포함하지 않는다. FUSC와 같이, 파일럿 서브캐리어는, 모든 OFDMA 심볼에 존재하며, 모든 MS에 의해 DL 채널 추정을 위해 이용된다. 이 때문에, 안테나 전환 프로세스는 DL FUSC 영역에서의 것과 유사하다.
DL 부분 사용 서브캐리어 ( Partial Used Subcarrier )( PUSC ) 모드
도 6에 도시하는 바와 같이, 각 슬롯은, 2개의 인접하는 (시간에 있어서의)OFDMA 심볼과 (주파수에 있어서의)하나의 서브채널로 이루어진다. 각 서브채널 은 14개의 서브캐리어로 이루어진다. OFDMA 심볼을 기수 심볼(601) 및 우수 심볼(602)이라고 부를 수 있다. 파일럿 심볼(611) 및 데이터(612)의 위치는 기수 OFDMA 심볼과 우수 OFDMA 심볼에서 다르다.
도 7은 MS가 안테나 세트 j(701)를 이용하여 심볼 k(700)를 수신하는 일례를 나타낸다. 그리고, MS는, 예를 들면 심볼 k+1의 CP 중에 안테나 세트 j+1(702)로 전환하여 심볼 k+1을 수신한다. 이 프로세스를, 모든 추가의 안테나 세트가 테스트될 때까지, 심볼 k+2, k+3 등에 대하여 계속하더라도 좋다. 그러나, 수신기에 의해서 사용되는 선택 알고리즘에 따라서, 수 개의 안테나 서브세트만이 테스트되더라도 좋다. 이와 같이 수신하는 안테나 세트의 채널 상태 정보에 근거하여, MS는 성능을 최적화하기 위해 사용할 안테나 세트를 결정할 수 있다.
DL 타일 사용 서브캐리어 ( Tile Used Subcarrier )( TUSC ) 1, 2 모드
TUSC 1 및 TUSC 2는 802.16e DL에 대하여 정의되는 2개의 임의 선택의 치환 모드이다. 이들 2개의 영역은 AAS 영역에만 존재한다. TUSC 1 및 TUSC 2의 슬롯 구조는 각각 UL PUSC 모드 및 UL oPUSC 모드에 대한 것과 동일하다. UL PUSC 모드 및 UL oPUSC 모드의 상세한 것은 후술한다.
DL 적응 변조 부호화( Adaptive Modulation Coding )( AMC ) 모드
DL AMC 모드는 802.16e에 대한 임의의 치환 모드이다. 서브캐리어는 각 서브채널로 그룹화되어, 물리적으로 인접하고 있다. 도 8에 슬롯 구조를 나타낸다. 각 슬롯(800)은 6개의 핀으로 이루어진다. 각 핀은 하나의 OFDMA 심볼 길이 및 9 서브캐리어 폭으로 이루어진다. 중간 서브캐리어(811)는 파일럿 서브캐리어이고, 다른 서브캐리어는 데이터를 위해 사용된다. AMC 모드에는, 6이 어떻게 인수 분해되는지에 따라 4개의 타입, 즉, 1×6, 6×1, 2×3 및 3×2가 있으며, 여기서 제 1 항은 시간을 나타내고, 제 2 항은 주파수를 나타낸다. DL AMC 슬롯에 있어서의 모든 심볼이 파일럿을 갖기 때문에, MS는 다른 심볼에서 다른 안테나 세트를 테스트할 수 있다.
MS는, 안테나 전환을 실행할 때, 최선의 안테나 세트를 선택하기 전에, 몇 개 또는 모든 가능한 안테나 세트의 조합을 테스트할 수 있다. 채널 상호성에 의해, 다운링크로 수신하기 위해서 선택되는 동일한 안테나 세트를 업링크로 송신하기 위해서 사용할 수 있다. 다운링크에 대한 수신 안테나 선택은 국소적으로 실행되기 때문에, 다른 통지는 필요하지 않다.
비상호적 채널
업링크 및 다운링크 채널이 상호적이 아닌 경우, 다운링크로 수신하기 위해 선택된 안테나 세트가 업링크로 송신하는데 적합하지 않을 수도 있다. 따라서, 그들의 각각의 성능을 최적화하기 위해서, 업링크에 대해 하나의 세트가 선택되더라도 좋고, 다운링크에 대해 다른 세트가 선택되더라도 좋다.
특히, BS가, 업링크 채널 및 다운링크 채널이 비상호적이다고 인식하여, 송신 안테나 선택이 실행되어야 한다고 판단하는 경우, 안테나 선택 프로세스를 시작 하는 요구를 송신하는 것에 의해 MS에 통지한다. BS가, 송신 안테나 선택이 실행되어야 한다고 판단할 때, 신호는 UL MAP(201)에서의 안테나 선택 제어(ASC) UL 정보 요소(IE)의 형식이다. 그렇지 않은 경우, UL MAP에 ASC UL IE가 나타나지 않으면, 이 프레임에서 MS에 의해서 UL 안테나 선택은 불필요하다.
BS에 의해서 통지된 후, MS는, 현재 안테나 세트를 이용하여, 파일럿 서브캐리어(들)를 포함한, MS에 할당된 제 1 OFDMA 심볼을 송신하고, 그 후, 다른 안테나 세트를 이용하여, 파일럿 서브캐리어(들)를 포함하는 후속하는 OFDMA 심볼을 송신한다. 이 때문에, BS는 MS 송신에 의해서 이용되는 각 다른 안테나 세트에 관련되는 채널 응답을 추정할 수 있다. 추정된 채널 상태에 근거하여, BS는, MS에서 어떤 송신 안테나 세트가 최선의 성능을 가져오는지를 판단하여, ASC UL IE를 이용하여 최선의 세트에 대해 MS에 통지한다. 그리고, MS는, 선택된 최선의 안테나 세트를 이용하여, 업링크로 후속하는 프레임을 송신한다.
표 1에서 정의되는 ASC UL IE는 안테나 선택 신호 방식을 서포트하는 확장 UL-MAP IE이다.
Figure 112008041577174-pat00001
본 발명의 일 실시예로서 값 "0x0B"를 갖고, ASC UL IE에서의 "확장 UIUC" 필드는 이 IE가 확장 UIUC IE인 것을 나타낸다. "길이" 필드는 후속하는 "UL_AS_지시" 및 "UL_AS_선택" 필드의 바이트 길이를 나타낸다.
"UL_AS_지시" 필드는, 1로 세트되는 경우(비상호적인 경우), MS가, 현재 프레임에서 업링크 송신 안테나 선택을 실행하여야 하는 것을 나타낸다. 이 필드가 0으로 세트되는 경우, MS는 "UL_AS_선택" 필드를 이용하여 BS에 의해 선택되는 안테나 세트를 결정한다. 보다 상세하게는, "UL_AS_선택" 필드의 값은 이후의 송신에 대하여 어떤 안테나 세트가 선택되었는지를 나타낸다. 예를 들면, "UL_AS_지시" 필드가 "0x01"인 경우, 이것은 본래의 안테나 세트를 사용한 직후에 전환되는 안테나 세트가, 후속하는 업링크 송신에 대하여 선택되어야 하는 것을 의미한다. MS에 대하여 동일한 안테나 세트를 사용시키기 위해서, BS는 "0x00"를 송신한다.
다운링크의 경우와 같이, 안테나 전환 및 선택은 업링크에서 사용되는 특정한 치환에 의해서 결정된다. 따라서, 이하, 각 업링크 치환 방식에 대한 안테나 전환에 대하여 설명한다.
UL 부분 사용 서브캐리어 ( Partially Used Subcarrier )( PUSC ) 모드
UL PUSC는 강제적인(mandatory) UL 치환 모드이다. 최소 자원 할당 단위는 슬롯(200)이며, 이것을 도 9에 나타낸다. 각 슬롯은 6개의 타일(900)을 구비하고, 각 타일은 3개의 OFDMA 심볼(901) 및 4개의 서브캐리어(902)로 이루어진다. OFDMA 심볼에 있어서의 서브캐리어 중의 몇 개는 파일럿(611)이고, 나머지는 데이터(612)이다. 그러나, 모든 OFDMA 심볼이 파일럿 서브캐리어를 포함하는 것은 아니다.
도 10은 UL PUSC 영역에서 안테나 전환이 어떻게 발생하는지를 나타낸다. 특히, MS는 OFDMA 심볼 k에 대하여 안테나 세트 j를 이용하여 송신한다. 심볼 k가 파일럿 서브캐리어(들)를 포함하기 때문에, 따라서 BS는 다운링크 채널의 다운링크 채널 상태를 추정할 수 있다. 그리고, MS는, 예를 들면 심볼 k+2의 CP에서 안테나 세트 j+1로 전환되어, 심볼 k+2의 지속 기간에 안테나 세트 j+1을 이용해서 송신할 수 있다. 마찬가지로, 심볼 k+2에서의 파일럿 서브캐리어(들)에 근거하여, BS는 안테나 세트 j+1이 사용될 때에 업링크 채널 상태를 추정할 수 있다.
이 안테나 전환 프로세스는 MS가 모든 가능한 안테나 세트의 테스트를 종료하거나, 또는 별도의 방법으로 프로세스를 조속하게 종료할 때까지 계속된다. 그리고, BS는, 채널 상태 또는 SINR 또는 용량 등의 선택 기준에 근거하여 가장 적당한 안테나 세트를 선택하여, 선택한 안테나 세트를 MS에 피드백할 수 있다.
UL 임의 선택 PUCS ( oPUSC ) 모드
UL oPUSC 모드는 MS에 의해 UL에 대하여 사용되는 임의 선택의 치환 모드이다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 각 슬롯은 6개의 타일(1100)로 이루어지고, 각 타일은 3개의 OFDMA 심볼(1101) 및 3개의 서브캐리어(1102)를 포함한다. 파일럿 서브캐리어는 중간 OFDMA 심볼에만 존재한다.
도 12는 UL oPUSC 영역에서 안테나 전환이 발생하는 것을 나타낸다. 그것은, MS가, 현재, 심볼 k+1에 대하여 업링크로 송신하기 위해서 안테나 세트 j를 사용하고 있는 경우를 나타낸다. MS는, BS로부터 안테나 전환 통지를 수신하면, 심볼 k+4의 CP 기간 동안에 다른 안테나 세트 j+1로 전환되어, 심볼 k+4 동안에 세트 j+1을 사용한다. 이 프로세스는 MS가 안테나 선택의 프로세스를 종료할 때까지 계속된다. BS는, 이와 같이 취득된 채널 상태 결과에 근거하여 최선의 안테나 세트를 선택하고, 선택한 안테나 세트를 MS에 피드백한다.
UL 적응 변조 부호화( AMC ) 모드
이것은 IEEE 802.16e에서의 임의 선택의 치환 모드이다. 각 서브채널로 그룹화되는 서브캐리어는 물리적으로 인접하고 있다. 도 8에 슬롯 구조를 나타낸다. 각 슬롯은 6개의 핀을 구비한다. 각 핀은 OFDMA 심볼마다 하나의 OFDMA 심볼과 9개의 서브캐리어로 이루어진다. 중간 서브캐리어는 파일럿 신호를 위해 사용된다. AMC 모드는 시간-주파수로 핀이 어떻게 적층되는지에 근거하여 4개의 타입, 즉, m×n={1×6, 6×1, 2×3, 3×2}을 포함하며, 여기서, 제 1 항은 시간을 나타내고, 제 2 항은 주파수를 나타낸다.
통지
MS는, 송신 안테나 선택 또는 수신 안테나 선택을 실행하기 전에, BS에 대하여, 가입자국 기본 능력 요구(Subscriber Station Basic Capability Request)(SBC-REQ) 메시지 및 SS 기본 능력 응답(SS Basic Capability Response)(SBC-RSP) 메시지를 BS와 교환하는 것에 의해, 이러한 기능을 서포트하는 MS의 능력에 대해 통지한다.
특히, MS는, 초기화를 실행하여 네트워크에 연결될 때, BS에 대하여, 그 MS가 안테나 선택을 실행할 수 있다는 것을 나타내는 SS 기본 능력 요구(SBC-REQ) 메시지를 송신한다. SBC-REQ 메시지의 포맷을 표 2에 나타낸다. 여기서 제공하는 메시지 포맷의 설명은 모두 예일 뿐이다.
Figure 112008041577174-pat00002
SBC-REQ는 초기화 프로토콜의 나머지 기간 동안에 SS와의 유효한 통신을 위해 필요한 SS 능력 부호화를 나타낸다. "물리 파라미터 서포트(physical parameters supported)" 부호화는 SBC-REQ에 포함되는 그들의 파라미터 중의 하나이다.
다운링크에 있어서, OFDMA SS 복조기의 MIMO 능력을 나타내는 "MIMO를 위한 0FDMA SS 복조기 서포트(OFDMA SS Demodulator for MIMO Support)"는 표 3에 도시하는 바와 같이 안테나 선택 프로토콜을 서포트하는 것이다. 보다 상세하게는, "MIMO를 위한 OFDMA SS 복조기 서포트"에 있어서의 비트 20은 다운링크에 대한 수신 안테나 선택 능력에 대한 서포트를 나타내기 위해서 사용된다. 이 비트가 1에 세트되어 있는 경우, 다운링크 수신 안테나 선택이 서포트되어 있다. 한편, 비트가 0인 경우, 능력은 서포트되지 않는다.
Figure 112008041577174-pat00003
마찬가지로, 업링크에 있어서, OFDMA SS 변조기의 MIMO 능력을 나타내는 "MIMO를 위한 OFDMA SS 변조기 서포트(OFDMA SS Modulator for MIMO Support)"는 표 4에 도시하는 바와 같이 업링크에 대한 송신 안테나 선택 능력을 서포트하는 것이다. 비트 7은 업링크 송신 안테나 선택이 서포트되어 있는지 여부를 나타낸다. 이 비트가 1에 세트되어 있는 경우, 업링크 송신 안테나 선택은 서포트되고 있다. 그렇지 않은 경우, 서포트되지 않는다.
Figure 112008041577174-pat00004
수신된 SBC-REQ에 응답하여, BS는 MS에 대하여 SBC-RSP를 송신한다. SBC-RSP의 포맷은 SBC-REQ와 유사하지만, "관리 메시지 타입(management message type)" 필드의 값은 26이 아니라 27이다. BS는, 표 3 및 표 4에서 SBC-RSP 메시지로 나타내는 바와 같은 "MIMO를 위한 OFDMA SS 변조기 서포트" TLV 및 "OFDMA SS 복조기 서포트" TLV를 이용하여, BS가 대응하는 안테나 선택 능력을 서포트하는지 여부를 나타낼 수 있다. 여기서, 필드의 다른 이용 가능한 값도 사용할 수 있다는 것에도 유의해야 한다.
또한, MS는, BS에 대하여, MS가 테스트될 수 있는 안테나 세트의 조합 가능 수를 통지하더라도 좋다. 따라서, 이 신호 방식을 서포트하기 위해서, 표 5 및 표 6에서 2개의 새로운 TLV를 정의한다.
Figure 112008041577174-pat00005
Figure 112008041577174-pat00006
테스트되는 세트의 수를 아는 것에 의해서, BS는 세트가 최선의 세트를 나타내기 위해 테스트되는 순서에 대한 인덱스를 단지 통지할 수 있다.
도 13은 OFDMA 네트워크에서 안테나를 선택하는 개략적인 방법의 단계를 나타낸다. 이동국에서 기지국으로부터 수신되는 다운링크 서브프레임(5)을 이용하여, 다운링크의 DL 채널 상태(11)가 측정된다(10). 기지국에서 이동국으로부터 수신되는 업링크 서브프레임(6)을 이용하여, 업링크의 UL 채널 상태(21)가 측정된다(20). 다음에, 당해 방법은, 채널 상태를 비교하는 것(30)에 의해, 다운링크 및 업링크가 상호적인 것인지 여부를 판단한다. 이동국은 다운링크 채널 상태의 품질에 근거하여 수신 안테나 선택(40)을 실행할 수 있다. 이동국은 송신 안테나 선택도 실행할 수 있다.
본 발명을, 바람직한 실시예의 예를 이용하여 설명했지만, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 여러 가지의 다른 적응 및 변경을 행할 수 있다는 것이 이해되어야 할 것이다. 따라서, 첨부한 특허청구범위의 목적은 본 발명의 참된 정신 및 범위 내에 있는 이러한 변형 및 변경의 전부를 포함하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의해 사용되는 IEEE 802.16 WiMAX 네트워크의 개략도,
도 2는 본 발명의 실시예에 의해 사용되는 TDD 모드에서의 IEEE 802.16 프레임 구조의 블럭도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의해 사용되는 OFDMA 심볼의 개략도,
도 4는 발명의 실시예에 따른 UL/DL 치환 분할의 개략도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 UL/DL AAS 영역 및 비(non)AAS 영역 및 그들의 치환 분할의 개략도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 DL PUSC 영역의 개략도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 DL PUSC 영역에 대한 안테나 전환의 블럭도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 AAS 영역에 대한 DL/UL AMC 치환의 개략도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 UL PUSC 영역에 대한 개략도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 UL PUSC 영역에 대한 안테나 전환의 일례의 도면,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 UL oPUSC의 개략도,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 UL oPUSC 영역에 대한 안테나 전환의 일례의 도면,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나를 선택하는 방법의 흐름도.

Claims (15)

  1. 기지국과 복수의 안테나를 갖는 이동국을 포함하는 OFDMA 무선 네트워크에서의 안테나의 선택 방법으로서,
    OFDMA 무선 네트워크에서의 이동국에서 기지국으로부터 수신되는 다운링크 서브프레임을 이용하여 다운링크의 채널 상태를 측정하는 단계와,
    상기 기지국에서 상기 이동국으로부터 수신되는 업링크 서브프레임을 이용하여 업링크의 채널 상태를 측정하는 단계와,
    상기 다운링크의 상기 채널 상태와 상기 업링크의 상기 채널 상태를 비교하는 단계와,
    상기 비교에 근거하여 상기 이동국에서의 안테나의 세트를 선택하는 단계
    를 포함하되,
    상기 선택 단계는,
    상기 비교의 결과, 상기 다운링크 및 상기 업링크가 비상호적인 경우, 상기 이동국에서의 송신 안테나의 세트와 수신 안테나의 세트가 서로 상이하도록 안테나의 세트를 선택하고,
    상기 다운링크 및 상기 업링크가 상호적인 경우, 상기 다운링크의 상기 채널 상태에 근거하여, 상기 이동국에서의 수신 안테나의 세트를 선택하고,
    상기 이동국에서의 안테나의 세트의 선택은 송신 안테나 및 수신 안테나에 대해서 행해지는
    OFDMA 무선 네트워크에서의 안테나 선택 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 업링크 서브프레임은 상기 다운링크의 상기 채널 상태를 포함하고, 상기 비교는 상기 기지국에서 실행되는 OFDMA 무선 네트워크에서의 안테나 선택 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 업링크의 상기 채널 상태에 근거하여 상기 업링크의 품질이 허용 불가능하다고 판단되는 경우,
    상기 이동국에 대하여 송신 안테나의 다른 세트로 송신하기 위한 요구를 송신하는 단계와,
    상기 기지국에 대하여 상기 송신 안테나의 다른 세트로 송신하는 단계를 더 포함하는
    OFDMA 무선 네트워크에서의 안테나 선택 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택된 안테나의 세트는 상기 다운링크에서 수신하기 위한 것인 OFDMA 무선 네트워크에서의 안테나 선택 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 기지국에 의해, 상기 송신 안테나의 다른 세트 중의 송신 안테나의 최선의 세트를 지시하는 단계와,
    상기 이동국에서, 상기 기지국에 상기 업링크로 송신하기 위해서 상기 송신 안테나의 최선의 세트를 선택하는 단계를 더 포함하는
    OFDMA 무선 네트워크에서의 안테나 선택 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    안테나의 하나의 세트는 상기 다운링크로 수신하기 위해 선택되고, 안테나의 다른 세트는 상기 업링크로 송신하기 위해 선택되는 OFDMA 무선 네트워크에서의 안테나 선택 방법.
  7. 삭제
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 안테나의 다른 세트에 대하여 상기 다운링크의 품질을 측정하는 단계를 더 포함하는 OFDMA 무선 네트워크에서의 안테나 선택 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이동국은 상기 안테나의 다른 세트로 측정되는 상기 다운링크의 품질에 근거하여 안테나의 최선의 세트를 선택하는 OFDMA 무선 네트워크에서의 안테나 선택 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나의 세트를 선택할 필요성은 안테나 선택에 사용되는 프레임의 UL MAP으로 지시되는 OFDMA 무선 네트워크에서의 안테나 선택 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 다운링크 및 상기 업링크가 상호적인 경우, 상기 이동국에서 안테나의 세트를 선택하는 단계를 더 포함하는 OFDMA 무선 네트워크에서의 안테나 선택 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국에서, 안테나의 다른 세트에 대하여 상기 업링크의 품질을 측정 하는 단계와,
    상기 품질에 근거하여 상기 이동국에 안테나의 최선의 세트를 통지하는 단계를 더 포함하는
    OFDMA 무선 네트워크에서의 안테나 선택 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 이동국은 상기 안테나의 최선의 세트를 선택하는 OFDMA 무선 네트워크에서의 안테나 선택 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 다른 세트가 상기 품질을 측정하는 순서에 대한 인덱스를 통지하는 단계를 더 포함하는 OFDMA 무선 네트워크에서의 안테나 선택 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동국은, 상기 기지국에 안테나를 선택할 수 있음을 통지하는 OFDMA 무선 네트워크에서의 안테나 선택 방법.
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